Генератор с ФАПЧ для диапазонов ОВЧ—УВЧ

И. НЕЧАЕВ, г. Курск

Устройство построено на основе генератора образцовой частоты и управляемого напряжением генератора, частота которого посредством делителя частоты автоматически подстраивается фазовым детектором. Его можно рекомендовать для многих применений, когда есть необходимость в стабильном генераторе или гетеродине для популярных радиолюбительских диапазонов. Стабильность частоты фактически определяется стабильностью кварцевого резонатора.

При изготовлении и настройке радиоаппаратуры диапазона ОВЧ—УВЧ (30...3000 МГц) необходимым узлом является генератор. Он может выполнять функции гетеродина для трансвертера или конвертера, а также использоваться как контрольный генератор или маячок для проверки и настройки радиоприемника или антенно-фидерного тракта. При построении таких приборов раньше, как правило, использовались задающие генераторы с кварцевой стабилизацией,работающие на относительно низкой частоте (десятки мегагерц), и несколько каскадов умножителей частоты. Такая конструкция сложна в изготовлении и настройке.

Сейчас для этих целей все чаще применяют генераторы с системой ФАПЧ. Для реализации такой конструкции применяют специализированные микросхемы синтезаторов частоты, которые управляются от микроконтроллеров (Р1С-кон-троллеров). Стабильность частоты в этом случае определяется стабильностью частоты опорного генератора. Такое построение позволяет получить практически любое значение частоты, но реализация такого генератора доступна не всем радиолюбителям, так как необходимо программирование Р1С-контроллеров.

Но генератор с системой ФАПЧ можно сделать и по более простой схеме, хотя он и будет менее универсальным. Описание такого генератора приведено ниже. В нем использована схемотехника, которая применяется в некоторых конвертерах MMDS.

На рис. 1 показана схема генератора с системой ФАПЧ, который можно использовать как радиомаячок или измерительный генератор в диапазоне частот от 100 до 2500 МГц. При упрощении схемы такой генератор можно использовать как гетеродин. Ведь нестабильность его частоты в основном определяется соответствующим параметром кварцевого резонатора.

Cxema
Рис. 1

На транзисторе VT2 собран генератор, управляемый напряжением (ГУН), на транзисторе VT1 — выходной каскад с регулируемой выходной мощностью. На микросхеме DD2 собран делитель частоты. Остальные узлы собраны на одной микросхеме DD1, которая содержит четыре логических элемента "исключающее ИЛИ" с инверсией. Генератор образцовой частоты с кварцевой стабилизацией собран на логическом элементе DD1.1, на элементе DD1.2 собран усилитель выходного сигнала делителя частоты, а фазовый детектор (ФД) собран на элементе DD1.3. Питается устройство от батареи гальванических элементов или сетевого блока питания с напряжением 7... 15 В. А питающее напряжение (5 В) всех узлов устройства стабилизировано интегральным стабилизатором напряжения на DA1.

Работает устройство следующим образом. Сигнал ГУН поступает на делитель частоты, а с его выхода после усиления — на ФД. Микросхема DD2 делит частоту ГУН на N, поэтому на один из входов ФД поступает сигнал с частотой f1=fгун/N. На второй вход поступает сигнал генератора образцовой частоты fог. Выходное напряжение ФД через пропорционально интегрирующий фильтр (ПИФ) R5R7C8C11 и резистор R10 поступает на варикап ГУН и подстраивает его. Система ФАПЧ работает таким образом, что частота f, подстраивается под fог и они становятся равными. Таким образом, частота ГУН будет равна fгун = N*fог. В данной конструкции использован делитель частоты с N=128; fог = 10,125 МГц, а частота ГУН будет равна fгун=128*10,125=1296 МГц.

Таким образом, выходную частоту генератора можно изменять за счет изменения коэффициента деления N или частоты образцового генератора (кварцевого резонатора). Регулировка уровня выходного сигнала осуществляется в пределах от -15 до +5 дБмВт за счет изменения тока транзистора VT1 с помощью переменного резистора R16.

В устройстве можно применить детали: транзисторы — КТ3132А,Б, микросхему делителя частоты можно применить другого типа, она должна работать на требуемой частоте и иметь необходимый коэффициент деления. Микросхема DA1 — КР1158ЕН5А или аналогичная, варикап — ЗА618А-6, ЗА619А-6. Переменный резистор — СПЗ, СПО, постоянные — Р1-12, подстроечный конденсатор — КТ4-25, СЮ — оксидный танталовый или алюминиевый для поверхностного монтажа, остальные — К10-17в или аналогичные керамические, импортные. Выключатель питания можно применить любой малогабаритный. Батарея — "Крона", "Корунд" или аналогичные аккумуляторные.

Для частоты 1296 МГц катушка L1 выполнена из посеребренного медного провода диаметром 0,3...0,4 мм. В авторской конструкции применен провод от центрального проводника ВЧ кабеля. Катушка намотана на оправке диаметром 2 мм и содержит 1,5 витка при длине намотки 3...5 мм.

Большинство деталей размещено на печатной плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рис. 2. Вторая сторона под деталями оставлена металлизированной и используется в качестве общего провода. Она соединена с общим проводом на другой стороне через несколько отверстий. На плате установлены выключатель, переменный резистор и высокочастотное гнездо XW1. Плата установлена в металлическом корпусе, там же размещена батарея. Для питания от внешнего источника на корпусе надо установить соответствующее гнездо.

Налаживание начинают с проверки режимов узлов по постоянному току. Напряжение на выходах элементов DD1.1, DD1.2 должно быть равно половине напряжения питания (около 2,5 В). Подбором резистора R9 устанавливают на коллекторе транзистора VT1 напряжение 2,2...2,7 В (движок переменного резистора R16 в левом по схеме положении). Затем надо проверить работоспособность ГУН и установить диапазон перестройки по частоте. Для этого в точку соединения резисторов R7, R10 подают постоянное напряжение 2,5 В и подбором индуктивности катушки L1 устанавливают планируемую частоту (в данном случае 1296 МГц), при этом диапазон перестройки должен составлять 15...25 % от частоты. Далее проверяют работоспособность делителя частоты. На его выходе (вывод 4) частота должна быть в 128 раз меньше частоты ГУН . Внешнее напряжение с резистора R7 отключают и проверяют работоспособность ФАПЧ. Подбором емкости конденсатора С8 добиваются устойчивой работы системы и подавление в спектре сигнала составл я ющих с частотой образцового генератора. Конденсатор С11 может и не понадобиться.

Затем при работающей ФАПЧ точно устанавливают выходную частоту подбором емкости конденсаторов С2, С4 и более точно подстроечным конденсатором СЗ. В заключение проверяют напряжение на конденсаторе С8, оно должно быть около половины напряжения питания.

По такой схеме можно собрать генераторы и на более высокие или низкие частоты, например, гетеродин с частотой 404 МГц — для трансвертера 28/432 МГц или 116 МГц — для трансвертера 28/144 МГц.

Лог. уровень на выв. 3

Лог. уровень на выв. 6

Коэффициент деления

1

1

64

1

0

65

0

1

128

0

0

129

Буферный усилитель на транзисторе VT1 при этом можно исключить; индуктивность катушки L1 и емкость конденсатора С17 надо увеличить, а варикап применить с большей емкостью. Для этого можно изменить и коэффициент деления микросхемы DD2 (см. таблицу) или применить микросхему делителя частоты с другим коэффициентом деления, а также применить соответствующий кварцевый резонатор. Например, если в наличии не окажется кварцевого резонатора на частоту 10,125 МГц, то можно использовать резонатор на 10 МГц, установить в микросхеме DD2 коэффициент деления 129 и тогда можно получить выходную частоту 1290 МГц.

Радио 12-2004